DE19847100A1 - Contamination free comminution of semiconductor material, such as silicon, using liquid jet in manufacture of solar cells, memory components, and microprocessors. - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontaminationsfreien Zerkleinerung von Halbleitermaterial und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for contamination-free Crushing semiconductor material and a device for Execution of the procedure.
Für die Herstellung von Solarzellen oder elektronischen Bauele menten, wie beispielsweise Speicherelementen oder Mikroprozes soren, wird hochreines Halbleitermaterial benötigt. Silicium ist das in der Elektronikindustrie mit Abstand am meisten ver wendete Halbleitermaterial. Reines Silicium wird durch thermi sche Spaltung von Siliciumverbindungen, wie beispielsweise Trichlorsilan, gewonnen und fällt dabei häufig in Form von po lykristallinen Stäben an. Die Stäbe werden als Ausgangsmaterial beispielsweise zur Herstellung von Einkristallen benötigt. Zur Herstellung von Einkristallen nach dem Czochralski-Verfahren müssen die Stäbe zunächst in Bruchstücke zu etwa 100 mm zer kleinert werden. Diese Bruchstücke werden in einem Tiegel ge schmolzen und anschließend wird der Einkristall aus der ent standenen Schmelze gezogen. Im günstigsten Fall sollten dabei die gezielt in das Halbleitermaterial eingebrachten Dotierstof fe die einzige Verunreinigung sein, die im Halbleitermaterial vorliegt.For the production of solar cells or electronic components elements, such as memory elements or microprocesses sensors, high-purity semiconductor material is required. Silicon this is by far the most common in the electronics industry applied semiconductor material. Pure silicon is thermi cleavage of silicon compounds such as Trichlorosilane, won and often falls in the form of po lycrystalline rods. The rods are used as the starting material for example for the production of single crystals. For Manufacture of single crystals using the Czochralski process the bars must first be broken up into fragments of about 100 mm be shrunk. These fragments are placed in a crucible melted and then the single crystal from the ent standing melt drawn. In the best case scenario the dopant specifically introduced into the semiconductor material fe to be the only impurity in the semiconductor material is present.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Zerkleinerung von Stäben vorgeschlagen worden, deren Ziel es ist, die Verunreini gung des Halbleitermaterials zu minimieren. Hierzu sei bei spielsweise auf DE-43 16 626 A1 bzw. die entsprechende US-A 5,660,335 verwiesen, die ausführlich mit dem Zerkleinern von Halbleitermaterialien in Zusammenhang stehenden Probleme sowie verschieden bereits vorgeschlagene Lösungen beschreibt. DE-43 16 626 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem ein polykristalliner Stab durch Einwirken eines Hochdruckwasserstrahls zerkleinert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah rens. Bei dem offenbarten Verfahren wird ein Stab eines Halb leitermaterials durch Beaufschlagung mit Hochdruckwasserstrah len zerkleinert. Voraussetzung für das Zerkleinern ist, daß ein genügend hoher Druck aufgewendet wird, der Wasserstrahl einen genügend großen Durchmesser aufweist, möglichst senkrecht auf die Staboberfläche trifft und die Entfernung der Staboberfläche zur Düsenöffnung möglichst gering ist. Um Kontamination beim Zerkleinern zu vermeiden, werden auch Siliciumunterlagen ver wendet. Diese haben jedoch den Nachteil, daß sie durch die Übertragung der Kräfte während des Zerkleinerungsvorgangs be schädigt oder zerstört werden und ersetzt werden müssen. Hinzu kommt, daß anschließend zertrümmerte Stücke ersetzt werden müs sen, damit nicht Bruchstücke der Unterlage in das zu verkaufen de Material gelangen.There are already various processes for comminuting Poles have been proposed whose aim is the Verunreini minimization of the semiconductor material. For this be with for example on DE-43 16 626 A1 or the corresponding US-A 5,660,335 referenced in detail with the crushing of Semiconductor materials related problems as well describes various solutions already proposed. DE-43 16 626 A1 discloses a method in which a polycrystalline Rod crushed by the action of a high pressure water jet is, as well as a device for performing this procedure rens. In the disclosed method, a rod becomes a half conductor material by applying a high pressure water jet len crushed. Prerequisite for shredding is that a enough high pressure is applied, the water jet one has a sufficiently large diameter, as vertically as possible the rod surface hits and the removal of the rod surface to the nozzle opening is as small as possible. To avoid contamination Silicon pads are also used to avoid crushing turns. However, these have the disadvantage that they are affected by the Transfer of forces during the shredding process damaged or destroyed and must be replaced. In addition comes that subsequently smashed pieces must be replaced so as not to sell fragments of the document in it de material.
Des weiteren müssen diese Unterlagen aus Silicium entsorgt wer den, was weitere Kosten verursacht, da dieses Material rissig ist oder auf unerwünschte Bruchgrößen zerkleinert worden ist und daher nicht mehr verkauft werden kann. Die Herstellung ei ner solchen Unterlage erfordert zusätzliche Abscheidung von Si licium, mechanische Bearbeitung bei der Herstellung der Form teile und deren aufwendige Reinigung, zum Beispiel durch Ätzen mit HF/HNO3.Furthermore, these documents must be disposed of silicon, which causes additional costs, since this material is cracked or has been shredded to undesirable fracture sizes and can therefore no longer be sold. The production of such a base requires additional deposition of silicon, mechanical processing in the production of the molded parts and their complex cleaning, for example by etching with HF / HNO 3 .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfah ren zur Verfügung zu stellen, das die zusätzliche Kontamination von Halbleitermaterial beim Zerkleinern vermindert. Diese Auf gabe wird durch die Erfindung gelöst.It is therefore an object of the invention the disadvantages of the prior art overcoming technology and an apparatus and method to provide the additional contamination reduced by semiconductor material during shredding. This on gift is solved by the invention.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Zerkleinerung von Halbleitermaterial, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein Flüssigkeitsstrahl erzeugt wird, indem eine Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt und durch eine Düse gepreßt wird, der Flüssigkeitsstrahl gegen das Halbleitermaterial ge lenkt wird und auf dessen Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit auftrifft, wobei sich das Halbleitermaterial auf einer Oberflä che aus Eis befindet.The invention relates to a method for comminution of semiconductor material, which is characterized in that at least one jet of liquid is generated by a Pressurized liquid and pressed through a nozzle is, the liquid jet ge against the semiconductor material is steered and on its surface at high speed strikes, the semiconductor material on a surface che made of ice.
Wegen der Gefährlichkeit des Hochdruckwasserstrahls befindet sich das zu brechende Halbleitermaterial auf einem Bruchtisch mit einer zusätzlichen Einhausung, wobei die dem zu zerklei nernden Halbleitermaterial zugewandten Oberflächen eine Eis schicht aufweisen.Because of the dangerousness of the high pressure water jet the semiconductor material to be broken on a break table with an additional housing, which is to be chopped up surfaces facing the semiconductor material an ice have layer.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Halbleitermaterial durch Ein wirken eines Hochdruckwasserstrahls, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Unterlage und eine Einhausung aufweist, auf deren dem zu zerkleinernden Halbleitermaterial zugewandten Oberflächen sich eine Eisschicht befindet.Another object of the present invention is a Device for comminuting semiconductor material by one act of a high pressure water jet, which is characterized is that it has a backing and an enclosure their facing the semiconductor material to be shredded There is a layer of ice on the surfaces.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Ver fahren werden vorzugsweise dazu genutzt, Halbleitermaterial, wie Silicium, Germanium oder Galliumarsenid, zu zerkleinern, wobei Silicium, insbesondere ultrareines Polysilicium, bevor zugt ist.The device according to the invention and the Ver driving are preferably used to semiconductor material, such as silicon, germanium or gallium arsenide, with silicon, especially ultra pure polysilicon, before is moving.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wir dadurch hergestellt, daß auf der Oberfläche einer Unterlage und deren Einhausung, die aus Stahl, Kunststoff, einem Halbleitermaterial, wie zum Bei spiel Silicium, oder einem anderen geeigneten Material bestehen können, eine Eisschicht aus Reinstwasser gegebenenfalls im Ge misch mit Partikeln aus Halbleitermaterial hergestellt wird.The device according to the invention is manufactured in that on the surface of a base and its housing, the made of steel, plastic, a semiconductor material, such as match silicon, or another suitable material can, a layer of ice from ultrapure water, if necessary in Ge is mixed with particles made of semiconductor material.
Bei dem Halbleitermaterial, das zur Herstellung der Eisschicht verwendet werden kann, handelt es sich vorteilhafterweise um das gleiche, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gebrochen werden soll.For the semiconductor material used to make the ice sheet can be used, it is advantageously the same that broken in the device according to the invention shall be.
Die Unterlage und deren Einhausung, die zur Herstellung der er findungsgemäßen Vorrichtung mit Eis beschichtet werden, können die gleichen sein, die auch bisher in Verfahren zum Zerkleinern von Halbleitermaterialien durch Einwirken eines Hochdruckwas serstrahls im Stand der Technik verwendet worden sind, wobei Un terlage wie auch Einhausung insbesondere aus Reinstsilicium sind.The document and its housing, which are used to manufacture the he device according to the invention can be coated with ice be the same as previously used in crushing processes of semiconductor materials by exposure to high pressure water have been used in the prior art, where Un as well as housing, in particular made of ultrapure silicon are.
Die Eisschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird herge stellt, indem es auf der Oberfläche der Unterlage und deren Einhausung abgeschieden wird, wobei auf der Unterseite des je weiligen Trägers Rohre befestigt sind, die von einer Kälteflüs sigkeit, wie z. B. vorzugsweise einer wäßrigen Kaliumcarbonat- Lösung, durchströmt werden. Zur besseren Abkühlung des Trägers liegen die Rohre vorzugsweise in einer Wärmeleitpaste. Aus Gründen der Energieeinsparung ist die dem Träger abgewandte Seite der Rohre üblicherweise isoliert. Die Kälteflüssigkeit wird in einer Kältemaschine auf vorzugsweise unter -15°C und besonders bevorzugt auf weniger als -25°C abgekühlt und durch die Rohre des Trägers gepumpt.The ice layer of the device according to the invention is obtained by placing it on the surface of the underlay and its Housing is deposited, being on the bottom of each bare carrier pipes are attached by a cold rivers liquidity, such as B. preferably an aqueous potassium carbonate Solution to be flowed through. For better cooling of the carrier the tubes are preferably in a thermal paste. Out The reason for saving energy is the one facing away from the wearer Side of the pipes is usually insulated. The refrigerant is in a refrigerator to preferably below -15 ° C and particularly preferably cooled to below -25 ° C. and through the carrier's pipes are pumped.
Während des Abkühlvorgangs und in der Folgezeit wird die Ober fläche der Unterlage mit Reinstwasser, welches einen spezifi schen Leitwert von vorzugsweise kleiner 0,01 µS/cm aufweist, besprüht. Falls erwünscht werden während des Besprühens Parti kel aus Halbleitermaterial, insbesondere in Form von Staub oder Granulat, kontinuierlich oder völlig diskontinuierlich belie big, beispielsweise durch Streuen, auf die sich bildende Eis schicht gegeben, wobei die Partikel aus Halbleitermaterial, die auf die sich bildende Eisschicht gegeben werden, vorzugsweise einen Durchmesser von 10 µm bis 5 mm, besonders bevorzugt zwi schen 500 µm und 2000 µm, haben. Der Sprühvorgang wird so lange fortgesetzt, bis die Schicht vorzugsweise auf eine Dicke von 0,5 cm bis 30 cm, besonders bevorzugt auf 5 cm bis 20 cm, ins besondere auf 5 cm bis 10 cm angewachsen ist.During the cooling process and in the subsequent period, the upper surface of the underlay with ultrapure water, which has a specific has a conductivity of preferably less than 0.01 µS / cm, sprayed. If desired, parti during spraying kel of semiconductor material, especially in the form of dust or Granules, continuous or completely discontinuous big, for example by sprinkling on the ice that is forming given layer, the particles of semiconductor material, the be placed on the ice layer that forms, preferably a diameter of 10 microns to 5 mm, particularly preferably between 500 µm and 2000 µm. The spraying process is so long continued until the layer preferably has a thickness of 0.5 cm to 30 cm, particularly preferably 5 cm to 20 cm, ins in particular has grown to 5 cm to 10 cm.
Falls zur Herstellung der Eisschicht der erfindungsgemäßen Vor richtung Halbleiterpartikel verwendet werden, liegt der Anteil von diesen in der Eisschicht zwischen 5 und 70 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt zwischen 15 und 35 Gewichtsprozent.If for the preparation of the ice layer of the invention direction semiconductor particles are used, the proportion is of these in the ice layer between 5 and 70 percent by weight, particularly preferably between 15 and 35 percent by weight.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das zu zerkleinernde Halbleitermaterial, wie beispielsweise nach dem Siemensverfah ren erzeugte Siliciumstäbe, auf die Eisschicht der erfindungs gemäßen Vorrichtung gelegt, um es durch Einwirken eines Hoch druckwasserstrahls zu brechen. Dazu wird mindestens ein Flüssig keitsstrahl erzeugt, indem eine Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, mit Druck beaufschlagt und durch eine Düse gepreßt wird, der Flüssigkeitsstrahl gegen das Halbleitermaterial gelenkt wird und auf dessen Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit auftrifft.According to the method according to the invention, the material to be comminuted Semiconductor material, such as the Siemens process Ren produced silicon rods, on the ice layer of the Invention appropriate device placed to it by exposure to a high to break the pressurized water jet. For this, at least one liquid generated by a liquid, preferably water, is pressurized and pressed through a nozzle, the Liquid jet is directed against the semiconductor material and hits its surface at high speed.
Maßnahmen und Einzelheiten von Zerkleinerungsverfahren unter Einwirken eines Hochdruckwasserstrahls sind bereits bekannt und unter anderem in der eingangs erwähnten DE-A 43 16 626 detail liert beschrieben, welche zum Offenbarungsgehalt der vorliegen den Erfindung zu zählen ist.Measures and details of crushing processes under Exposure to a high pressure water jet is already known and among other things in the aforementioned DE-A 43 16 626 detail described, which exist on the disclosure content of the the invention is to be counted.
Nach dem Zerkleinerungsvorgang wird das entstandene Eis- Silicium-Gemisch mit einem Silicium-Schieber auf eine geheizte Silicium-Unterlage geschoben und mit Strahlungsheizern getrock net. Nach dem Trocknungsverfahren kann dann beispielsweise das übliche Klassieren auf Siliciumsieben stattfinden. Falls die Eisschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung Siliciumpartikel enthält, werden diese üblicherweise von dem im erfindungsgemä ßen Brechverfahren zerkleinerten Halbleitermaterial getrennt. Dies kann beispielsweise durch Sieben erfolgen. Die Silicium partikel können aber auch mit Luft aus dem Halbleiterprodukt ausgeblasen werden.After the crushing process, the ice Silicon mixture with a silicon slide on a heated Slide silicon pad and dry with radiation heaters net. After the drying process, for example usual classifications take place on silicon sieves. if the Ice layer of the device according to the invention silicon particles contains, these are usually from that in the invention crunched semiconductor material separately. This can be done, for example, by sieving. The silicon Particles can also be extracted from the semiconductor product with air be blown out.
Es ist selbstverständlich, daß bei Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens die erfindungsgemäße Vorrichtung gekühlt wird, um ein Auftauen der Eisschichten zu verhindern.It goes without saying that when the invention is carried out According to the method, the device according to the invention is cooled to prevent the layers of ice from thawing.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Eisschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Hoch druckwasserstrahl kontinuierlich durch Spritzwasser regeneriert wird. Dadurch ist es möglich das erfindungsgemäße Zerkleine rungsverfahren ohne Prozessunterbrechung durchzuführen. Die sonst übliche Kontrolle zur Verhinderung der Kontamination des Halbleiterproduktes durch eine beschädigte Zerkleinerungsvor richtung kann vorteilhafterweise entfallen.The inventive method is characterized in that the ice layer of the device according to the invention with the high pressurized water jet continuously regenerated by spray water becomes. This makes it possible to shred the invention process without interrupting the process. The otherwise usual control to prevent contamination of the Semiconductor product through a damaged crushing direction can advantageously be omitted.
Des weiteren hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß Halbleitermaterial kontaminationsfrei zerkleinert werden kann. Furthermore, the method according to the invention has the advantage that semiconductor material is comminuted without contamination can.
Ist die Eisschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit feinen Halbleiterpartikeln durchsetzt, werden Spannungen im Eis abge baut, was die Stabilität und innere Festigkeit der Eisschicht im erfindungsgemäßen Zerkleinerungsverfahren erheblich erhöht.Is the ice layer of the device according to the invention with fine Interspersed with semiconductor particles, tensions in the ice are relieved builds what the stability and internal strength of the ice layer significantly increased in the size reduction process according to the invention.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |